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轴承知识

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轴承选型计算|卧式电机受力分析

1 基本知识

电机的轴承选型及设计过程中,需要考虑受设计工况、运行环境和制造精度的影响。一般情况下,电机轴承的主要受力包括:1.电机转子的自重(包括轴系中联轴器和滑环重量);2.电机运行中的单边磁拉力;3.电机运行中的振动载荷;4.电机转子不平衡引起不平衡力;5.其他外加载荷。因此,要准确的选型一组电机轴承,首先需要对其受力进行了解和分析。

2 受力简图及说明

G1:转子重量,kg

G2:滑环重量,kg

Fm:单边磁拉力,kN

Fva:轴向振动冲击载荷,kN

Fvh:水平振动冲击载荷,kN

Fvv:垂直振动载荷,kN

G6.3:转子不平衡精度等级,mm/s

Fa:外部轴向载荷,kN

Fr:外部径向载荷(如联轴器重量等),kN

Fs:弹簧预紧力,kN

D:转子长度,mm

L1、L2:转子重力、不平衡力、径向激振力与驱动端轴承、非驱动端轴承的距离,mm

X:转子单边磁拉力与转子重心间的距离,mm

B:外部载荷与轴承间的距离,mm

E:滑环与轴承间的距离,mm

3 轴承受力计算

电机中滚动轴承,按照所承受载荷的方向不同,分为轴向载荷和径向载荷。因卧式电机本身的结构决定,轴承所受轴向载荷均比较单一,主要包括外部轴向载荷、轴向振力以及弹簧预紧力。在本文中,外部载荷、轴向振动力由固定端轴承承受,弹簧预紧力由浮动端轴承承受,即:

卧式电机所承受的径向载荷相对复杂,根据力的位置和方向不同,对电机轴承的影响不同。因此,电机轴承所承受的径向载荷是其重力、单边磁拉力、振动冲击力、不平衡力以及外部载荷的总和,即:

在计算轴承受力之前,先对轴系中的径向力进行分类。转子、滑环、联轴器等自重力,大小和方向均为恒定。因此,其对轴承产生的作用力也是恒定的,即:

单边磁拉力的计算较为复杂,在通常情况下,该值由电机设计厂家提供。按照美国西屋公司单边磁拉力的简化算法,其值Fm表述为:

将电机的单边磁拉力作用在卧式电机的两个轴承上,其大小和方向均为变化的。在此,我们只考虑单边磁拉力Z大的情况,即:

振动负荷对卧式电机的影响可由牛顿第二定律进行计算。需要指出的是,实际的振动负荷是瞬态的,并同时作用在各个方向上,其核算方法也非常复杂。为简化计算,本文遵从ISO10816的定义,取轴向、水平和垂直三个方向的Z大值,即

(M为转子质量,kg;a为振动加速度,)。则有:

转子不平衡力由客户给定的转子不平衡精度计算得出,在不同的转速下,其对应产生的不平衡力是不同的。本文采用许用不平衡度的计算方法取值Z大的不平衡力,即:

将转子的不平衡力作用在卧式电机的两个轴承上,其方向随不平衡量位置的变化而变化,即:

其他外来载荷,本篇不再赘述。在计算中,根据实际情况进行分解。

电机轴承承载的以上所有负荷中,只有转子或部件的自重力为恒力。其他如单边磁拉力、振动冲击?、不平衡力均为动态甚至瞬态力。因此,在综合计算轴承所承载的负荷时,一般先进行Z大负荷的计算。当所有动态力作用在同一方向,且与所有恒力的合力也在同一方向时,轴承所受的负荷Z大,即:

在实际的工况中,所有动态力几乎不可能同时满足Z大且在同一方向的条件。如果按照Z大径向负荷作为选择轴承的输入载荷,将极可能出现Z小负荷不足的问题。因此,为平衡轴承寿命和Z小负荷的影响,根据公司技术团队的应用经验,在轴承寿命计算时,所受径向力按轴承所承受恒力和单边磁拉力的100%外加其他瞬态力的33.3%进行计算,并按轴承理论所受Z大负荷的100%计算轴承的静安全系数。即:

(来源:湖南崇德科技股份有限公司)

发布时间:2023-03-14
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